王玉興,吳禮云
(首鋼京唐公司能環(huán)部,河北唐山 063000)
首鋼京唐公司焦化共有6 座復熱式頂裝焦爐,其中ABCD 4 座焦爐發(fā)生的焦爐煤氣主要供給冷軋、球團、燒結、CCPP、熱軋等用戶加熱爐使用;EF兩座焦爐發(fā)生的煤氣主要供給MCCR、中厚板、冷軋熱基鍍鋅線和酸再生加熱爐使用;焦爐煤氣柜作為焦爐煤氣系統(tǒng)的穩(wěn)壓和保安全設施,發(fā)電機組作為焦爐煤氣動態(tài)盈虧調整用戶。工藝流程示意如圖1所示。
圖1 焦爐煤氣工藝流程示意圖
根據(jù)生產(chǎn)需求,剛性用戶為冷軋、熱基鍍鋅、燒結、球團、CCPP等;可調用戶為熱軋、中厚板、MCCR等;調整用戶為發(fā)電機組等。
(1)《鋼鐵工業(yè)大氣污染物超低排放標準》提出,煙氣SO2排放限值35 mg/m3,其中煉鐵、煉鋼、軋鋼工序SO2排放限值50 mg/m3。預計后續(xù)環(huán)保要求將不斷提高。
(2)焦化6 座焦爐送出焦爐煤氣設計標準為,H2S≤200 mg/m3,通過調整工況,實際H2S 含量可控制在120 mg/m3左右,但部分用戶煙氣SO2含量仍不滿足環(huán)保排放標準。
(3)剛性焦爐煤氣用戶配置有煙氣處理設施或精脫硫設施,但部分可調用戶無煙氣處理設施或焦爐煤氣精脫硫設施,如熱軋、中厚板、MCCR 工序加熱爐,煤氣用量較大時,煙氣SO2排放值處于排放標準上限,存在階段性超標的問題。
(4)焦化一次脫硫設施檢修期間,送出焦爐煤氣的H2S 含量較高,各產(chǎn)線只能檢修配合,影響生產(chǎn),增加企業(yè)運行成本。
(1)源頭治理
一是在EF 2 座焦爐煤氣一次凈化設施后增加精脫硫裝置,圖2 所示,送出的焦爐煤氣H2S 含量可控制在20 mg/m3以下,降低中厚板、MCCR 等用戶的加熱爐煙氣SO2含量。
精脫硫裝置由升壓、電捕焦、脫硫三個工序組成,EF兩座焦爐發(fā)生的焦爐煤氣經(jīng)風機加壓后進入電捕焦工序,除去夾帶的焦油和其他霧滴狀雜質后,送至脫硫工序,脫硫工序選用干法脫硫技術,由多塔并聯(lián)組成,最大處理能力與焦爐煤氣發(fā)生量匹配。
圖2 精脫硫裝置
按照目前煤氣平衡情況,熱軋混合煤氣有20%左右為精脫硫后的焦爐煤氣,精脫硫改造前熱軋混合站入口焦爐煤氣硫化氫含量平均在120 mg/m3左右,改造后可降低20 mg/m3左右。
二是計劃在ABCD 焦爐出口總管與新增脫硫裝置之間增加連通管,盡可能發(fā)揮新增焦爐煤氣凈化設施的處理能力。尤其是當ABCD 焦爐一次凈化設施檢修時,可將部分含硫較高的焦爐煤氣送至精脫硫裝置進行處理,降低對用戶煙氣SO2的影響。
(2)過程調控
如圖3所示,熱軋用混合煤氣由高爐煤氣、焦爐煤氣、轉爐煤氣或天然氣(NG),按照一定比例混合混合后供給,目標熱值在(9 160±418)kJ/m3。其中焦爐煤氣熱值1 7556 kJ/m3(含硫120 mg/m3左右),高爐煤氣熱值3 344 kJ/m3(含硫100 mg/m3左右),轉爐煤氣熱值6 688 kJ/m3(含硫10 mg/m3左右),因此,當轉爐煤氣比例越高,混合煤氣總體熱值越低,加熱爐煙氣SO2含量越低。
一是優(yōu)化熱軋用混合煤氣配比,降低焦爐煤氣(COG)和高爐煤氣(BFG)配比量,提高轉爐煤氣(LGD)比例。
正常生產(chǎn)期間,混合煤氣使用量可達15萬m3/h以上,此時煙氣SO2含量較高,較難控制,依據(jù)以上數(shù)據(jù)計算,控制轉爐煤氣配比量在5萬m3/h以上,可確保熱軋加熱爐煙氣SO2含量達到排放。
圖3 煤氣混合站
二是測量系統(tǒng)優(yōu)化。加熱爐煙氣SO2的監(jiān)測值來自于熱軋加熱爐煙氣在線儀表測量值,混合煤氣要經(jīng)過約3 km 長的管道送到加熱爐,煤氣燃燒之后經(jīng)加熱爐煙氣檢測后才能得到SO2數(shù)據(jù),由調度之間反饋數(shù)據(jù),時間滯后較長,不利于及時調整煤氣比例。因此,在煤氣混合站出口總管增加硫化氫在線檢測儀器,設定報警值,輔助對煤氣混合站優(yōu)先調整,同時將用戶煙氣SO2在線實時數(shù)據(jù)與熱軋混合控制畫面放在一起,縮短調整響應時間。
(3)末端優(yōu)化
推進軋鋼工序低溫出鋼,降低對混合煤氣熱值的要求,從而降低混合煤氣中硫含量較高、熱值高的焦爐煤氣比例。具體措施如下:
推進出鋼溫度下限控制,降低二加段末溫度20℃,降低耐候鋼對前后鋼種溫度的影響,經(jīng)試驗軋制狀態(tài)穩(wěn)定;調整SPC 統(tǒng)計規(guī)則,1580 產(chǎn)線推進IF鋼1 150℃出鋼試驗,整體按PES 下限控制;2250 產(chǎn)線推進IF 鋼低溫試驗,整輥期排產(chǎn)3.5 mm 以上厚度,按1 170℃出鋼,產(chǎn)品質量滿足要求;優(yōu)化排產(chǎn),高強鋼減薄降低過渡料使用;優(yōu)化加熱爐模型參數(shù),冷熱坯混裝的爐間差較之前降低約10℃;調整加熱爐爐膛輻射系數(shù),降低爐次間溫差。
通過以上措施,混合煤氣的熱值由9 160 kJ/m3降低到8 360 kJ/m3,滿足生產(chǎn)要求,按照以上各種煤氣熱值及硫含量計算,混合煤氣H2S 含量可降低16 mg/m3左右。
(4)打造保障體系
引入氣源穩(wěn)定,壓力為1.6 MPa 的市政天然氣,經(jīng)調壓至0.5 MPa 后使用,同時將現(xiàn)有的LNG 儲罐作為應急備用,確保供應能力達到1.5 萬m3/h 以上。在用戶煤氣用量較大、焦爐煤氣含硫異?;蜣D爐煤氣供應異常等情況下使用,可保各用戶煙氣SO2達標排放。
通過對全流程進行優(yōu)化,采取上述綜合措施,目前我公司所有焦爐煤氣用戶實現(xiàn)了煙氣SO2達標排放,圖4 為隨機抽取的正常生產(chǎn)期間熱軋加熱爐某天的煙氣SO2含量在線數(shù)據(jù)。
其中混合煤氣熱值8 360 kJ/m3、焦爐煤氣平均3.5 萬m3/h、轉爐煤氣平均5 萬m3/h、高爐煤氣平均6.5 萬m3/h、天然氣平均0.5 萬m3/h,全天煙氣SO2含量平均在30 mg/m3,遠低于超低排放50 mg/m3的要求,滿足環(huán)保A 級要求。后續(xù)將重點研究在環(huán)保達標排放的前提下,如何降低各工序燃料成本。
圖4 加熱爐煙氣SO2含量在線數(shù)據(jù)